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1、河南科技大学毕业设计（论文）心电信号处理系统的设计与实现摘 要系统的研究心电信号处理对疾病的早期预测及家庭医疗保健具有十分重要的意义，一直是生物医学工程领域的研究热点。心血管疾病是人类生命的最主要威胁之一，而心电(Electrocardiogram)，ECG信号是诊断心血管疾病的主要依据，心电信号是心脏电生理活动在体表的表现，提供了心脏功能等生理状况的有重要价值的临床医学信息，是临床心脏病诊断的基础。因此，设计心电信号处理系统具有重要意义。本论文分析了国内外心电信号处理仪发展现状和趋势，介绍了设计过程中所涉及到的相关概念及资料。整个前置级电路由前置放大电路，陷波电路和滤波电路构成。系统采用三运
2、放组成的前置放大电路进行心电信号的初步放大，使用模拟低通和模拟高通组成的模拟带通滤波器对干扰信号加以滤除，同时使用陷波器对50Hz的工频干扰进一步滤除，得到比较纯净的心电信号，再对其实施A/D转换，通过单片机处理系统最终将检测结果用LCD显示出来。关键词: 心电信号处理，放大，滤波，虚拟仪器 ECG SIGNAL PROCESSING SYSTEMABSTRACTThe research of portable ECG manager, which has always been the hot spot biomedical engineering, has significant mean
3、ing for the early-stage prediction of cardiovascular disease and family medical health care. Currently, with the development of electronic, communicative and software technique, the ECG manager has great promotion on size, power consumption, and data storage and data transmission. The property and q
4、uality of medical productions have great influence on the life security of the patients; therefore, researches of related topics become quite important in meaning.This paper analyses the current situation and trend of the development of ECG manager domestically and internationally，introduced the rel
5、atively concept and materials involved in the process. In addition use of the composition of the three op amp preamp circuit to enlarge the initial ECG, we also use analog low-pass and analog high-pass analog filter just like components band-pass to filter out signal interference, while the use of a
6、ctive notch filter frequency of 50Hz can further filt out interference, getting a more pure ECG signal. And then through the implementation of A/D conversion, single-chip processing system, the final test results will be displayed by LCD. The ECG analyzer has good characteristics such as low-power,
7、portable and real-time and so on. KEY WORDS: ECG manager, amplification, filtering, virtual instrument 目 录前 言1第一章 绪论21.1 背景介绍21.2 相关概念41.2.1 心电信号的基本特征41.2.2 心电信号处理仪的生物学基础51.2.3 心电导联6第二章 虚拟仪器介绍72.1 概念及特点72.2 虚拟仪器的构成82.3 Proteus简介10第三章 电子电路设计123.1 总体设计思路123.2 导联方式123.3 前置放大电路133.3.1 模块分析133.3.2 电路实现13
8、3.3.3 仪用放大器实现163.4 滤波电路203.4.1 模块分析203.4.2 分块电路实现203.4.3 放大滤波电路整体效果图243.5 A/D转换模块253.5.1 ADC0809引脚功能253.5.2 A/D转换的主要技术指标263.5.3 MCS-51系列单片机与ADC0809接口273.5.4 A/D转换程序293.6 数据存储部分293.7 数据显示部分32第四章 PCB制作344.1 PCB简述344.1 PCB制作规则344.3 PCB制作方法354.3.1 规划电路板并设置相关参数354.3.2 合理布局和布线37结 论38参考文献39致 谢41附 录4241前 言心
9、血管疾病是人类的常见病、多发病，严重的可危及生命出现碎死，对心血管疾病的早期诊断与检测，一直是医学界研究的热点问题。在我国，随着生活节奏的加快，心血管疾病的发病率有逐年增加的趋势，心血管疾病已经成为继肿瘤和脑血管疾病之后的第三大疾病。同时由于生活水平和健康意识的提高，对心脏类疾病病人进行实时监护的需求不断增加。某些心血管疾病的发病具有隐匿性特点，如何捕捉此类事件一直是心电类仪器面临的难题。目前，心电监护仪虽然能够实时、连续、长时间地检测病人重要生命特征参数，具有很重要的临床使用价值，但是其价格昂贵，不能满足大部分患者的消费需求，并且医院拥有的心电监护仪数量有限，对慢性患者来说，长期在医院接受监
10、护和治疗，不仅花费高而且给医院容量带来压力。 该课题所研究的仪器具有便于携带、低功耗等特点，可以长时间工作，非常适合家庭医疗保健。医生可以读取，并在PC上显示心电波形，进一步对患者的病情进行诊断，使得医院之外监护成为可能，解决了大型心电监护仪在家庭医疗保健中存在的价格、缺少实时性分析等问题，缓解了医院监护的压力。总之，该便携式、低功耗心电信号处理仪可为我国的家庭医疗保健做出重要贡献。第一章 绪论1.1 背景介绍心脏类疾病(如心肌梗死、心肌缺血、心房扑动和室性心动过速等)的发病具有突发性、高危险性的特点，不少患者在发病时没有任何症状，因此有必要设计一种能随身携带、长时间检测并实时分析病人心电信号
11、的、具有报警功能的心电信号处理仪，以满足家庭保健的需要。随着电子技术的迅速发展，大量微功耗、高精度器件的出现为便携式低功耗心电信号处理仪的设计带来了方便，特别是低功耗、大容量Flash单片机和计算能力强的ARM、DSP处理器的出现，使得心电信号处理仪能够同时具有低功耗和实时分析的特性成为可能1。随着电子技术及软件技术的发展，心电信号处理仪在体积、功耗、自动分析方也有了长足发展。20世纪70年代中期，记录器更趋于小型化，记录时间更长(24-48h)，回放系统开始采用自动分析程序，能够准确计算心率、异位心搏和段改变。20世纪80年代中后期，随着微型计算机和微处理器的应用，开始出具有实时分析功能的多
12、通道多功能磁介记录器，且回放系统使用了计算机，使分析运算的准确性和速度均显著提升。打印系统已普遍采用激光打印机，从而使分析报告和图形日趋完善。20世纪90年代后，运用大规模集成电路、大容量固态数码记录等全新技使信号采集与数据分析质量方面得到极大改进，尤其是电子介质存储器的发展，已多采用闪光卡、电子硬盘，具有体积小、佩戴舒适、存储量大、心波形保真度高等特点。近些年来，在心电信息处理方式方面由模拟式心电图机向智能化心电图机转变，目前在临床得到广泛应用的智能化心电图机是一种随身携带的记录仪，可连续检测人体24-72小时的心电变化。经过50年的发展，动态心电图仪已经成为临床上一种不可缺少的医用电子仪器
13、，它的主要价值在于发现并记录在通常短暂心电图检查是不易发现的、日常活动时发生的心图异常，为临床诊断提供依据。其具有以下特点:1、可随身携带，不受检测距离、体位变化及活动的影响。2、信息量远远大于常规心电图，尤其对短暂性心律失常的捕捉及一过性肌缺血的检出有独到之处。3、选择导联不能影响日常活动和防止由这种活动所产生的伪差和干扰。4、分析系统不仅可分析显示监测期内心搏总数、最高心率、最低心率、平均心率和每小时平均心率，并能自动分析和测量每小时室上性、室性期前收缩，室上性和室性心动过速的次数、程度和形态以及持续时间，房室传导阻滞、心脏停搏的情况及P-R间期、QRS波群、ST-T变化的轨迹图、趋势图及
14、全览图等，其结果可用不同方式输出，为临床提供有价值的资料。目前，国内外临床应用的主要是3导联和12导联心电图仪。近年来，第5-6代3导联心电仪和第2-3代12导联心电仪，不仅硬件先进，软件设计合理，而且自动分析功能越来越强大、全面。除具有心率变异性、Q-T间期、Q-T离散度心室晚电位分析外，还具有T波分析、动态血压同步检测、心电监护和起搏分析等功能。如Mortar公司的12导联心电图仪，ST段分析精确达到V级，独有的ST与HRV相关分析与动态血压同步测定等，同时以人体工程学原理，用防弹衣材料制成树枝状“藤蔓式”12导联线，软件中房扑及房颤分析功能获得FDA认可；美国DMS公司的第二代高性能12
15、联心电图仪，除具有各种心律失常软件外，独有P波分析功能，12导联ST段维彩色超视图，率先在Q-T间期离散度分析上提出具有实用性很高的色谱理论、高性能起搏分析功能，将心率变异性的时域、频率分析用于阻塞性睡呼吸暂停综合征的筛选和诊断；美国Preideal Instrument公司生产的3通心电图仪，能准确地对起搏信号加以识别，并能分析各种心率失常、ST-T改。率变异性、Q-Td等。远程心电监护利用了现代电子计算机及通信技术，在心律失常的检测方法上弥补了常规心电图与动态心电图的不足，使得患者能够和医生及时沟通，及时得到医生的健康指导。近年来国内医疗仪器公司也纷纷转向12导联动态心电图仪分为以下几种类型：1、国产化(自主研制开发)12导联AECG仪：西安蓝港公司研制出具有自主知识产权的第一代3导联心电图以后，有心电图仪，记录器具有显示屏，可以观察心率失常及ST-T改变等情况。2、与著名国外厂家共同研制：美高仪公司和美国DMS导联心电图仪，具有透明视窗装置，以液晶屏显示动态心电警和录取功能，即把动态心电图与监护心电图有机的结合成显示12个导联的心电图。可分别显示3个导联的动态心电图。3、经销国外名牌产
